电流传感器制造技术

本发明专利技术提供一种电流传感器，包括基板、导线、第一异向性磁电阻单元、第二异向性磁电阻单元、第三异向性磁电阻单元、第四异向性磁电阻单元、第一磁化方向设定元件及第二磁化方向设定元件。导线具有第一导电段与第二导电段，分别配置于基板的相对的第一端与第二端下方。第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元配置于基板的第一端上方。第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元配置于基板的第二端上方。第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件用以设定异向性磁电阻单元的磁化方向。

current sensor

【技术实现步骤摘要】
电流传感器
本专利技术涉及一种传感器，尤其涉及一种电流传感器。
技术介绍
电流感测是工业自动化中不可或缺的元素之一。近年来，电流感测的需求从工业用途扩展至智能居家与智能城市领域的消费者产品与应用。高准确度、快速反应、小体积、低功耗及可靠的品质成为新一代电流传感器所追求的目标。目前有多种方法可以测量导体中的电流。举例而言，可利用分路电阻器(shuntresistor)通过测量横跨其的电压差来推算出电流。然而，此电阻相量小，因此电流消耗高，而不适用于小型或可携式装置。此外，高电流会产生热，而造成其他问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种电流传感器，具有高敏感度、高准确度及低功耗。本专利技术的一实施例提出一种电流传感器，包括基板、导线、第一异向性磁电阻(anisotropicmagnetoresistor,AMR)单元、第二异向性磁电阻单元、第三异向性磁电阻单元、第四异向性磁电阻单元、第一磁化方向设定元件及第二磁化方向设定元件。导线具有第一导电段与第二导电段，其中第一导电段与第二导电段排列于第一方向上，各自沿着第二方向延伸，且分别配置于基板的相对的第一端与第二端下方。第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元配置于基板的第一端上方，且沿着第一方向排列。第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元配置于基板的第二端上方，且沿着第一方向的反方向排列。第一磁化方向设定元件用以设定第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元的磁化方向。第二磁化方向设定元件用以设定第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元的磁化方向。当电流流经导线时，因感应于电流所产生的磁场，第一异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于第二异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且第三异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元电性连接成惠斯登电桥(Wheatstonebridge)，以输出对应于第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化的电压信号。在本专利技术的一实施例中，电流传感器还包括运算器，电性连接至惠斯登电桥的输出端，其中第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为第一组合，以使惠斯登电桥之后输出第一电压信号，且第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件再将第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为相反于第一组合的第二组合，以使惠斯登电桥之后输出第二电压信号。运算器用以将第一电压信号与第二电压信号相减，以输出对应于电流所产生的磁场的大小的输出电压信号。在本专利技术的一实施例中，运算器用以将第一电压信号与第二电压信号相加，以输出偏移电压信号。在本专利技术的一实施例中，当电流流经导线时，电流在第一导电段中的流向相反于在第二导电段中的流向。在本专利技术的一实施例中，第一方向垂直于第二方向。在本专利技术的一实施例中，电流流经第一导电段时在第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元处所产生的磁场在第一方向上的分量的方向相反于电流流经第二导电段时在第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元处所产生的磁场在第一方向上的分量的方向。在本专利技术的一实施例中，惠斯登电桥对应于在第一方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零，对应于在第二方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零，且对应于在第三方向上的外在磁场分量所输出的电压信号为零，其中第三方向垂直于第一方向与第二方向。在本专利技术的一实施例中，第一异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的第一异向性磁电阻与第二异向性磁电阻，第二异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的第三异向性磁电阻与第四异向性磁电阻，第三异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的第五异向性磁电阻与第六异向性磁电阻，且第四异向性磁电阻单元包括沿着第二方向的反方向依序排列的第七异向性磁电阻与第八异向性磁电阻。在本专利技术的一实施例中，在第一时间，第一磁化方向设定元件将第一异向性磁电阻与第三异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向，且将第二异向性磁电阻与第四异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向。在第一时间，第二磁化方向设定元件将第五异向性磁电阻与第七异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向，且将第六异向性磁电阻与第八异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向。在第二时间，第一磁化方向设定元件将第一异向性磁电阻与第三异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向，且将第二异向性磁电阻与第四异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向。在第二时间，第二磁化方向设定元件将第五异向性磁电阻与第七异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向，且将第六异向性磁电阻与第八异向性磁电阻的磁化方向设定为第二方向的反方向。在本专利技术的一实施例中，第一磁化方向设定元件与第二磁化方向设定元件为导电片、导电线圈、导线或导体。在本专利技术的实施例的电流传感器中，由于采用了异向性磁电阻单元连接成惠斯登电桥来感测导线中的电流所产生的磁场，因此对电流的感测具有高敏感度与高准确度。此外，由于本专利技术的实施例的电流传感器是利用感测电流所产生的磁场的方式来反推电流的大小，而异向性磁电阻单元不会直接接触到电流，因此可以具有较低的功耗。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术的一实施例的一种电流传感器的上视示意图；图2是图1的电流传感器沿着A-A线的剖面示意图；图3A与图3B是用以说明图1中的异向性磁电阻的运作原理；图4A与图4B分别示出图1的电流传感器于第一时间与第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后的电阻值变化；图5为图4A与图4B的惠斯登电桥的输出电压-电流曲线图；图6示出图4A与图4B的惠斯登电桥耦接至运算器；图7、图8及图9分别示出图1的电流传感器于第二时间的异向性磁电阻的磁化方向及其后受到三个不同方向的外在磁场分量时的电阻值变化。附图标记说明100：电流传感器110：导线120：封装体210：基板212：第一端214：第二端222：第一异向性磁电阻单元224：第二异向性磁电阻单元226：第三异向性磁电阻单元228：第四异向性磁电阻单元300：异向性磁电阻310：短路棒320：铁磁膜400：运算器410、420：算术运算器C1：第一导电段C2：第二导电段D：延伸方向D1：第一方向D2：第二方向D3：第三方向H：外在磁场HC：磁场分量HE1、HE2、HE3：外在磁场分量I、i、I1、I2：电流M、M13、M13’、M24、M24’、M57、M57’、M68、M68’：磁化方向M1：第一磁化方向设定元件M2：第二磁化方向设定元件...

【技术保护点】
1.一种电流传感器，包括：/n基板；/n导线，具有第一导电段与第二导电段，其中所述第一导电段与所述第二导电段排列于第一方向上，各自沿着第二方向延伸，且分别配置于所述基板的相对的第一端与第二端下方；/n第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元，配置于所述基板的所述第一端上方，且沿着所述第一方向排列；/n第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元，配置于所述基板的所述第二端上方，且沿着所述第一方向的反方向排列；/n第一磁化方向设定元件，用以设定所述第一异向性磁电阻单元与所述第二异向性磁电阻单元的磁化方向；以及/n第二磁化方向设定元件，用以设定所述第三异向性磁电阻单元与所述第四异向性磁电阻单元的磁化方向，/n其中，当电流流经所述导线时，因感应于所述电流所产生的磁场，所述第一异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于所述第二异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且所述第三异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于所述第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元电性连接成惠斯登电桥，以输出对应于所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化的电压信号。/n...

【技术特征摘要】
20190509 TW 108116112;20180823 US 62/721,6241.一种电流传感器，包括：
基板；
导线，具有第一导电段与第二导电段，其中所述第一导电段与所述第二导电段排列于第一方向上，各自沿着第二方向延伸，且分别配置于所述基板的相对的第一端与第二端下方；
第一异向性磁电阻单元与第二异向性磁电阻单元，配置于所述基板的所述第一端上方，且沿着所述第一方向排列；
第三异向性磁电阻单元与第四异向性磁电阻单元，配置于所述基板的所述第二端上方，且沿着所述第一方向的反方向排列；
第一磁化方向设定元件，用以设定所述第一异向性磁电阻单元与所述第二异向性磁电阻单元的磁化方向；以及
第二磁化方向设定元件，用以设定所述第三异向性磁电阻单元与所述第四异向性磁电阻单元的磁化方向，
其中，当电流流经所述导线时，因感应于所述电流所产生的磁场，所述第一异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于所述第二异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且所述第三异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化相反于所述第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化，且所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元电性连接成惠斯登电桥，以输出对应于所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元所产生的电阻值变化的电压信号。


2.根据权利要求1所述的电流传感器，还包括运算器，电性连接至所述惠斯登电桥的输出端，其中所述第一磁化方向设定元件与所述第二磁化方向设定元件将所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为第一组合，以使所述惠斯登电桥之后输出第一电压信号，且所述第一磁化方向设定元件与所述第二磁化方向设定元件再将所述第一、第二、第三及第四异向性磁电阻单元的磁化方向组合设定为相反于所述第一组合的第二组合，以使所述惠斯登电桥之后输出第二电压信号，所述运算器用以将所述第一电压信号与所述第二电压信号相减，以输出对应于所述电流所产生的所述磁场的大小的输出电压信号。


3.根据权利要求2所述的电流传感器，其中所述运算器用以将所述第一电压信号与所述第二电压信号相加，以输出偏移电压信号。


4.根据权利要求1所述的电流传感器，其中当所述电流流经所述导线时，所述电流在所述第一导电段中的流向相反于在所述第二导电段中的流向。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁辅德，
申请(专利权)人：爱盛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71